摘 要：在乙醇催化脱水机制造乙烯的过程中，催化剂起着十分重要的作用，就现阶段来看，在工业生产中使用最多的就是stiefelAl2O3催化剂，在反应过程中，活性Al2O3催化剂的反应温度相对较高，能耗较大、空速偏低，在反应的初期容易出现析炭和飞温的情况，这不仅影响着催化剂的寿命，也不利于生产，因此，探究反应过程中的飞温现象有着一定的必要性。本文以常用的HZSM-5催化剂为例，分析在反应初期存在的飞温现象。 关键词：乙醇催化脱水制乙烯 反应条件 飞温现象
大众理财顾问乙烯是一种非常重要的有机化工原料，其炼制的方式主要通过石油的裂解来得到，近年来随着能源问题的日益突出，关于生物乙烯脱水制造乙醇的相关研究也越来越深入，尤其是随着生物技术的飞速发展，也提高了生物乙烯的低成本化生产的可能性。在乙醇催化脱水机制造乙烯的过程中，催化剂起着十分重要的作用，就现阶段来看，在工业生产中使用最多的就是Al2O3催化剂，在反应过程中，活性Al2O3催化剂的反应温度相对较高，能耗较大、空速偏低，在反应的初期容易出现析炭和飞温的情况，这不仅影响着催化剂的寿命，也不利于生产，因此，探究反应过程中的飞温现象有着一定的必要性。本文以常用的HZSM-5催化剂为
例，分析在反应初期存在的飞温现象，以便为乙醇催化脱水制乙烯提供有效的参考。
一、实验方法
1.原料和试剂
实验材料：HZSM-5黄业斌催化剂、99.7%的无水乙醇、40%的乙醛溶液、99%的正丙醇、99.7%的无水乙醚。
实验在常压固定床反应器中进行，在反应器中装填一定数量的催化剂和石英砂。所有原料经过微型注射泵并在汽化后进入反应装置之中，经过一定时间的反应，得到气、液产物。
2.实验产物
使用毛细管柱和氢火焰检测器来分析实验产物，并通过面积归一法进行计算，对实验产物（乙烯、乙烷、甲烷、丙烷、丙烯、正丁烷、异丁烷、玩丙烷、正戊烷、顺丁烯-2、丙炔、3-丁二烯等）进行定量分析，同时在飞温情况下对以上产物进行分析。
二、结果
1.HZSM-5硅铝摩尔与脱水反应性能之间的关系
本次试验在4h-1质量空速和相同质量浓度的无水乙醇中进行反应，试验结果证实，HZSM-5硅铝摩尔对乙烯反应转化率的影响并不明显，在260到320℃的反应条件下，转化率十分理想，可以达到99%。此外，HZSM-5硅铝摩尔与乙烯选择性具有密切的关系，在硅铝摩尔质量的增加下，HZSM-5对于催化反应的选择性也不断的增加，在300℃时，乙烯反应速率以及选择性达到了98.6%和99.1%，究其根本原因，是由于随着硅率摩尔的增加，HZSM-5酸强度和酸量会不断的降低，这就直接导致反应产物出现聚合反应减小、选择性增强的情况，这与相关专家学者的研究报道不谋而合。
2.反应温度与催化性能的关系
诗歌的特点在4h-1空速情况下，反应温度与乙醇催化性能之间的关系详见图1。 图1 反应温度与催化性能的关系
从上图可以看出，在反应温度的升高下，乙烯的转化率也不断的上升，此外，在温度的升高下，乙烯的选择性也出现一种先上后下的表现形式，在300℃时，转化率最高。究其根
本原因，是因为该种反应时一种强吸热反应，因此，温度的升高对于反应也更加的有利，但是，在转化率达到最大值后，随着温度的继续升高，生成的乙烯很容易在高温条件下发生聚合反应，生成高碳烃。因此，乙醇催化脱水制乙烯的最佳反应温度为300℃左右。
3.空速与催化性能之间的关系
在300℃时，空速与催化性能之间的关系详见图2。 图2 韩炼润滑油空速与催化性能之间的关系
由上图可以得出，在空速情况下，乙烯转化率基本上不会受到影响，但是随着空速的不断增加下，乙烯的选择性也会不断的增加，在7h-1时，乙烯的转化率可以达到最大值，但是随着空速的增加，乙烯的选择性也会不断下降，其原因就是由于在空速较低的情况下，催化剂与反应物接触的时间太长，那么生成的乙烯就会集结在催化剂表明，这就直接导致乙烯选择性降低，继而出现反应不完全的情况。
4.飞温现象的分析
在反应的最初阶段，很容易出现非温现象，这都会对乙烯的选择率、反应的转化率、催化剂寿命造成一些不利影响。图3是实验过程中飞温现象反应产物的相气谱图。
图3 实验过程中飞温现象反应产物的相气谱图
实验中发生的飞温现象的产生与催化剂有着密切的关系，在实验过程中，催化剂一直都处在强酸中心之中，随着温度的不断升高，反应产物乙烯很容易出现一种齐聚和芳构反应，加上在反应的过程中也会散发出一些热量，这就会导致催化床层的温度上高。这样，反应生成的产物就会导致孔道堵塞，也会覆盖至催化剂的表面，这就会使催化剂的活性降低，影响了乙烯的生成。相关专家学者的研究也表明，在250℃以上的反应温度下，均会出现非温情况，为了防止这种情况的出现，需要严格的将催化床的温度控制在科学合理的范围内，待反应温度逐渐稳定后，就可以逐渐将温度升高以便提高反应的温度，本次试验中就采取了这样的方法，飞温现象就得到了有效抑制。
三、结语
在利用乙醇催化脱水制作乙烯的反应初期很容易出现非温现象，这种情况会降低催化剂的活性，并导致孔道出现堵塞的情况，为了避免这种情况的发生，可以使用调节空速和降低进料温度的方式。参考文献[1]Takahara I, S aito M, InabaM, et a.l Dehyd ration of ethanol into ethylene over solid acid catalysts[ J ]. Cata Lett, 2005, 105 ( 3 /4) : 249-252.[2]H u Ya
och ,i H uang H e, Sh iH aifeng, et a.l C atalyt ic dehyd ration of ethan ol to ethylene u sing trans itionm etalm od ifiedHZSM-5 [ J] .Ch em B ioeng, 2007, 24 ( 2) : 19-21[3]刘金香, 王清遐, 杨立新的名字. 用TG-DTG 技术研究不同硅铝摩尔比和改质ZSM-5 沸石的酸性及其催化性能[ J ]. 催化学报,2008, 8( 2) : 203-207.[4]H ong A izhu, Y an Gu iyang, L iu X inp ing, et a.l Developm en t of p reparation of ethylene from b io log ical eth anol catalyt ic d ehydrat ion[ J] . Guangzhou Chem istry, 2007, 32( 4 ) : 60-65.[5]Pan Feng, Wu Yu long, Zh ang Jianpan, et a.l Developm ent statu s of ethylene produ ct ion by catalyt ic dehyd ration of ferm ented alcohol[ J] . M odern Chem Ind, 2006, 26( S2 ) : 27-29; 31.[6]Gu Zh ihua. Developm en t and perspective of ethylene from ethanol[ J] . C hem Ind Eng Prog, 2006, 25 ( 8) : 847-851.[7]Zak iT. C atalyt ic dehydrat ion of eth anol us ing trans itionm etal oxid e catalysts [ J ] . J C olloid Interface Sc,i 2005, 284 ( 2 ) :606-613.
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